DE3933692A1

DE3933692A1 - Gruendung fuer einen fussschuss eines schachtausbaus

Info

Publication number: DE3933692A1
Application number: DE19893933692
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Maass; Klaus-Frieder Dipl I Weibezahn; Andreas Dipl Ing Schmitz
Original assignee: Heitkamp E GmbH
Current assignee: Heitkamp E GmbH
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-04-18
Also published as: RU2005183C1; GB2237591A; GB2237591B; GB9021881D0; DE3933692C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Gründung für einen Fußschuß eines Schachtausbaus mit einem Stützzylinder, der mit einem im Fußschuß angeordneten Stahldichtmantel verbunden ist.

Eine bekannte Gründung dieser Art nach der DE-PS 35 24 553 ist trotz der darin geschilderten Vorteile mit dem Nachteil eines erheblichen Aufwandes für die Erstellung des Erweiterungsbohrloches verbunden, in welchem der Fußschuß einbetoniert wird.

Diese Erweiterungsbohrung wird zwar bei zwei nicht veröffentlichten älteren Vorschlägen der Anmelderin gemäß den deutschen Patentanmeldungen P 39 13 927.1-24 (s. deren Fig. 5) und P 39 16 475.6-24 (s. deren Fig. 10) vermieden, jedoch ist das untere Ende des jeweiligen Fußschusses mit einer Hinterfüllung versehen. Unter Abbaueinwirkungen können sich Gebirgsschichten in diesem hinterfüllten Bereich relativ zueinander verschieben. Den hierdurch verursachten Kräften kann kein Ausbau standhalten. Der Ausbau schert ab und der Stahldichtmantel wird zerstört. Bei einem Versatzriß im unteren Ende eines Fuschusses und der ihn umgreifenden Fundamentierung aus Hinterfüllbeton ist eine erneute Dichtung gegen Flüssigkeitseinbruch nicht nur sehr schwierig, sondern nahezu unmöglich.

Bei den vorgenannten Patentanmeldungen liegt eine geneigte Auflagerfläche auf dem Gebirge vor. In der Regel muß ein Gleitschachtausbau für einen geforderten minimalen Krümmungsradius ausgelegt werden, der als Ersatzbeanspruchung für Abbaueinwirkung zu verstehen ist. Aufgrund der geneigten Auflagerfläche entsteht beim Ansatz eines Krümmungsradius an der Unterkante des Fußschusses eine große resultierende Horizontalkraft. Berechnungen haben gezeigt, daß die hierdurch verursachten Horizontalverschiebungen ebenfalls einen nachteiligen größeren Versatz in der Sachtröhre verursachen können.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Vorteile einer Gründung gemäß dem Gattungsbegriff diese dahingehend zu verbessern, däß es auf einer Gebirgsschulter ohne eine Erweiterungsbohrung gründen kann und die maximal in Betracht zu ziehenden Verschiebungen von angreifenden Gebirgsschichten bis zur Unterkante des Fußschusses nicht auf diesen einwirken können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit den Merkmalen des eingangs genannten Oberbegriffes dadurch gelöst, daß der Stützzylinder an seinem die Unterkante des Fußschusses untergreifenden Bereich mit einem massiven, dessen Aufstandsfläche bildenden Stahlring flüssigkeitsdicht verbunden ist und der Stahldichtmantel des Fußschusses mit der Innenwandung des Schachtausbruches einen mit einem nachgiebigen Material, wie Bitumen, Sandasphalt oder dgl., ausgefüllten Ringraum als Gleitfuge bildet, deren Dicke größer als die maximal in Betracht zu ziehende Verschiebung von Gebirgsschichten in die Gleitfuge infolge von Abbaueinwirkungen ist. Somit wirkt der Stahlring bis zu seiner Unterkante selbst als "Gleitausbau". Die mit einem nachgiebigen Material ausgefüllte Gleitfuge kann horizontale Verschiebungen von Gebirgsschichten aufnehmen, ohne daß der Ausbau beansprucht wird. Die Dicke der Gleitfuge hängt neben herstellungstechnischen Gesichtspunkten somit auch von der Größe der auftretenden Horizontalverschiebungen von Gebirgsschichten ab.

Um die auftretenden Flächenpressungen im Stahlring und im Gebirge möglichst gering zu halten, ist die Aufstandsfläche für den Fußschuß auf dem Stahlring größer als die Auflagerfläche des Stahlringes ausgebildet. Zudem vergrößert der größere vertikale Asphaltdruck den Einfluß einer gleichförmigen Axialspannungsverteilung gegenüber einer ungleichförmigen bei einer Krümmung der Schachtausbauröhre.

Nach einer ersten Ausführungsalternative werden der Stahlring und der Stützzylinder einteilig ausgeführt, was zwar herstellungstechnisch mit einem größeren Aufwand aber auch mit dem Vorteil einer stabilen, nämlich stoffschlüssigen Verbindung von Stahlring und Stützzylinder verknüpft ist.

Nach einer zweiten Ausführungsalternative sind der Stahlring und der Stützzylinder mehrteilig ausgebildet. Dabei können der Stahlring und der Stützzylinder miteinander verschweißt oder bei formschlüssiger Verbindung biegesteif und/oder schubfest miteinander verbunden werden. Denn der Stahlring und der Stützzylinder müssen bis zur Auflagerfläche des Stahlringes unter allen Umständen druckwasserdicht ausgebildet sein.

Um ein Ausfüllen der Gleitfuge mit einem nachgiebigen Material zwischen Fußschuß und Innenwandung des Schachtausbruches einerseits und der Außenumfangsfläche des Stahlringes und der Innenwandung des Schachtausbruches andererseits zu gewährleisten, weist der Stahlring an seiner Außenumfangsfläche eine Vorrichtung zum Freispülen von Beton in seiner und der Gleitfuge des Fußschusses auf.

Zur Herstellung einer funktionssicheren Gründung muß sichergestellt werden, daß sämtliche vom Schachtausbau ausgehenden Lasten über den Stahlring als Fundament auf die Gebirgsschulter übertragen werden. Zu diesem Zweck darf der Stützzylinder keine Vertikallasten aufnehmen können. Aus diesem Grunde wird er vorteilhaft an seinem Außenmantel mit einer Gleitschicht, z. B. mit einem Bitumenanstrich, versehen. Dadurch kann er nach Hinterfüllung seiner Außenumfangsfläche mit Beton sich nicht mit diesem verbinden, sondern bei Setzungen in vertikaler Richtung an diesem entlanggleiten. Denn dem Stützzylinder kommt die Funktion einer Auffangsicherung von Horizontalkräften aus dem Gebirge zu, damit in seinem Schutz im standfesten Gebirge weitergeteuft werden kann.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Unterseite des Stahlringes und seiner Aufstandsfläche auf einer Gebirgsschulter ein Gleitlager angeordnet, wobei das Gleitlager entweder direkt auf der Gebirgsschulter auflagert oder zwischen Lager und Gebirgsschulter eine Ausgleichsschicht eingebracht ist. Durch diese aus dem älteren Vorschlag gemäß der deutschen Anmeldung P 39 13 927.1-24 entnehmbare Maßnahme wird sichergestellt, daß sämtliche vom Stahlring aufgenommenen Kräfte senkrecht auf die Fläche der Gebirgsschulter an das umgebende Gebirge übertragen werden. Dabei kann das aus einem Gleitring bestehende Gleitlager, das gemeinsam mit dem Fußschuß der Schachtausbausäule und dem daran befestigten Stahlring mit Stützzylinder einbringbar ist, entweder direkt auf der Gebirgsschulter auflagern oder in der zu hinterfüllenden Ausgleichsschicht eingebettet werden. Der Gleitring besteht vorteilhaft aus einem druckfesten Kunststoff, wie PTFE, einem Elastomer oder einem Metall, wie Bronze oder Blei.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen dem Außenmantel des Stützzylinders und der Unterseite des Stahlringes etwa 90°. Diese Ausbildung eignet sich besonders für einen Schachtausbau, der mittels des bekannten, allerdings sehr kostspieligen Gefrierverfahrens hergestellt wird.

Nach einer zweiten, besonders im Bohrschacht vorteilhaften Ausführungsform ist der Winkel zwischen dem Außenmantel des Stützzylinders und der Unterseite des Stahlringes größer als 90° ausgebildet und liegt vorteilhaft zwischen 105° und 120°.

Um eine Trennung zwischen dem Gleitausbau und der Gründungskonstruktion zu erzielen, ist zwischen den Kontaktflächen des Fußschusses und des Stahlringes bis auf die druckwasserdichte Verschweißung zwischen Stahldichtmantel und Stahlring ein trennender Anstrich oder eine Zwischenschicht angeordnet. Dieses vermindert Beanspruchungen aus der statisch unbestimmten Lagerung der Schachtausbauröhre auf der neuen Gründung. Querkräfte und Krempelmomente aus einer unterschiedlichen Verformung von Stahlkonstruktion und Fußschuß werden dadurch abgebaut.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 Den Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Gründung mit einer Ausgleichsschicht unterhalb des Gleitlagers,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Gründung mit direkter Auflage der Unterseite des Stahlringes über ein Gleitlager auf der Gebirgsschulter,

Fig. 3 die Ausschnittsvergrößerung III von Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Gründung, bei welcher der Winkel zwischen dem Außenmantel des Stützzylinders und der Unterseite des Stahlringes etwa 90° beträgt und

Fig. 5 die Ausschnittsvergrößerung V von Fig. 4.

Die erfindungsgemäße Gründung (1) für den Fußschuß (2) eines Schachtausbaus (3) besteht nach der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 aus einem Stützzylinder (4), einem Stahlring (5), einem Gleitlager (6) und einer Gleitschicht (7) am Außenmantel (8) des Stützzylinders (4).

Der Stützzylinder (4) ist an seinem die Unterkante (9) des Fußschusses (2) untergreifenden Bereich über einen massiven, dessen Aufstandsfläche (10) bildenden Stahlring (5) mit dem Fußschuß (2) flüssigkeitsdicht verbunden. Die flüssigkeitsdichte Verbindung erfolgt durch eine Verschweißung eines den Außenumfang des Fuschusses (2) umgreifenden Stahldichtmantel (11) über die Schweißnaht (12) mit der Aufstandsfläche (10) des Stahlringes (5).

Der Ringraum (15) zwischen dem den Außenmantel des Fußschusses (2) bildenden Stahldichtmantels (11) und der Innenwandung (13) des Schachtausbruchs (14) dient als Gleitfuge und ist mit einem nachgiebigen Material, wie Bitumen, Sandasphalt (16) oder dgl., ausgefüllt. Die Dicke (D) der Gleitfuge (15) ist größer als die maximal in Betracht zu ziehende Verschiebung von Gebirgsschichten in die Gleitfuge (15) infolge von Abbaueinwirkungen bemessen. Demzufolge kann die Dicke (D) je nach Durchmesser des Schachtausbruches (14) 15 cm bis 25 cm und mehr betragen. Als maximal in Betracht zu ziehende Verschiebung wird als Ersatzbelastung der Fall in Betracht gezogen, bei welchem die Längsachse (17) des Schachtausbaus (3) vom unteren Ende des Fußschusses (2) über eine Strecke von 100 m einer Kreiskrümmung, z. B. mit einem Radius von 3000 m, unterworfen wird. Bei einer derartigen Belastung werden erhebliche Biegespannungen auf den Fußschuß (2) ausgeübt. Bei fester Einspannung dieses Fußschusses bei den beschriebenen Gründungen nach dem Stand der Technik kann der Lastfall eintreten, daß der Fußschuß (2) quer zur Längsachse (17) abschert. In diesem Lastfall kann bei der erfindungsgemäßen Gründung (1) der Fußschuß (2) in sämtliche Richtungen seines Kreisquerschnittes innerhalb der Gleitfuge (15) ausweichen, da der Ringraum (15) mit einem nachgiebigen Material, wie Sandasphalt (16), ausgefüllt ist. Der übrige Ringraum zwischen dem Außenmantel (19) des Schachtausbaus (3) und der Innenwandung (13) des Schachtausbruches (14) ist ohnehin mit Bitumen (20) ausgefüllt, welches gleichfalls ein nachgiebiges Material ist.

Vorteilhaft bildet auch die Außenumfangsfläche (22) des Stahlringes (5) mit der Innenwandung (13) des Schachtausbruches (14) eine Gleitfuge (23), die gleichfalls mit einem nachgiebigen Material, wie Bitumen, Sandasphalt (16) oder dgl., verfüllt ist.

In sämtlichen Ausführungsformen ist stets der Stahlring (5) und der Stützzylinder (4) einteilig ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, den Stahlring (5) und den Stützzlinder (4) mehrteilig herzustellen und diese beiden Teile biegesteif und/oder schubfest miteinander zu verbinden.

Zwischen der Unterseite (24) des Stahlringes (5) und seiner Aufstandsfläche (25) auf der Gebirgsschulter (26) befindet sich das Gleitlager (6), welches entweder direkt auf der Gebirgsschulter (26) auflagert oder in einer zwischen ihm (6) und der Gebirgsschulter (26) hinterfüllten Ausgleichsschicht (27) eingebettet ist.

In Fig. 2 ruht das Gleitlager (6) direkt auf der Gebirgsschulter (26).

In der Ausschnittsvergrößerung gemäß Fig. 3 befindet sich an der Außenumfangsfläche (22) des Stahlringes (5) eine Vorrichtung (28) zum Freispülen von Beton in der Gleitfuge (15) des Fußschusses (2) und in seiner Gleitfuge (23). Dieses ist bei der Herstellung der Ausgleichsschicht (27) unter Spülung zum Einstellen des Betonspiegel? erforderlich. Diese Vorrichtung (28) zum Freispülen besteht aus einer bis zum nicht dargestellten Bohrlochmund führenden Rohrleitung, die mit Wasser beaufschlagbar ist, welches sodann vorteilhaft in tangentialer Richtung aus der Außenumfangsfläche (22) des Stahlringes (5) austritt.

In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist der Winkel (α) zwischen dem Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Unterseite (24) des Stahlringes (5) größer als 90° ausgebildet und liegt vorzugsweise zwischen 105° und 120°. Diese Ausführungsform ist besonders für einen Gleitausbau in einem Bohrschacht geeignet.

In der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 beträgt der Winkel (β) zwischen dem Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Unterseite (24) des Stahlringes (5) 90°. Diese Ausführungsform ist besonders für einen Schachtausbau geeignet, der in einem nach dem Gefrierverfahren erstellten Schachtausbruch (14) anzuordnen ist. Da in diesem Fall der Winkel (β) zwischen dem Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Unterseite (24) des Stahlringes (5) 90° beträgt und daher eine senkrechte Kraftübertragung vom Stahlring (5) auf die entsprechend ausgebildete Gebirgsschulter (26) sichergestellt ist, wird kein Gleitlager (6) gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 erforderlich. Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist der Zwischenraum zwischen der Gleitschicht (7) am Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Innenwandung (28) des kleineren Schachtausbruches (29) unterhalb des Stahlringes (5) mit Beton (30) hinterfüllt. Dieser ist bei geeigneten geologischen Gegebenheiten nicht erforderlich, da dann der kleinere Schachtausbruch (29) unterhalb des Stahlringes (5) durch Fließen des Gebirges infolge Auflast verfüllt wird. Hierbei treten allerdings größere Setzungen auf. Außerdem ist zwischen der Aufstandsfläche (10) für den Fußschuß (2) und seiner Auflagerfläche (21) ein trennender Anstrich (31) oder eine Zwischenschicht angeordnet.

Bezugszeichenliste

1 Gründung
2 Fußschuß
3 Schachtausbau
4 Stützzylinder
5 Stahlring
6 Gleitlager
7 Gleitschicht
8 Außenmantel des Stützzylinders 4
9 Unterkante des Fußschusses 2
10 Aufstandsfläche
11 Stahldichtmantel
12 Schweißnaht
13 Innenwandung des Schachtausbruches 14
14 Schachtausbruch
15, 23 Gleitfuge
16 Sandasphalt
17 Längsachse des Schachtausbaus 3
18 unteres Ende des Fußschusses 2
19 Außenmantel des Schachtausbaus 3 20 Bitumen
21 Auflagerfläche des Fußschusses 2
22 Außenumfangsfläche des Stahlringes 5
24 Unterseite des Stahlringes 5
25 Aufstandsfläche des Stahlringes 5 auf der Gebirgsschulter 26
26 Gebirgsschulter
27 Ausgleichsschicht
28 Vorrichtung zum Freispülen der Gleitfugen 23 und 15
29 Schachtausbruch unterhalb des Stahlringes 5
α; β Winkel zwischen Außenmantel 8 und Unterseite 24
D Dicke der Gleitfuge 15

Claims

1. Gründung für einen Fußschuß eines Schachtausbaus mit einem Stützzylinder, der mit einem im Fußschuß angeordneten Stahldichtmantel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder (4) an seinem die Unterkante des Fußschusses (2) untergreifenden Bereich mit einem massiven, dessen Aufstandsfläche (10) bildenden Stahlring (5) flüssigkeitsdicht verbunden ist und der Stahldichtmantel (11) des Fußschusses (2) mit der Innenwandung (13) des Schachtausbruches (14) einen mit einem nachgiebigen Material, wie Bitumen, Sandasphalt (16) oder dgl., ausgefüllten Ringraum als Gleitfuge (15) bildet, deren Dicke (D) größer als die maximal in Betracht zu ziehende Verschiebung von Gebirgsschichten in der Gleitfuge (15) infolge von Abbaueinwirkungen ist.

2. Gründung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstandsfläche (10) für den Fußschuß (2) auf dem Stahlring (5) größer als die Auflagerfläche (21) des Fußschusses (2) ist.

3. Gründung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Außenumfangsfläche (22) des Stahlringes (5) mit der Innenwandung (13) des Schachtausbruches (14) eine Gleitfuge (23) bildet, die mit einem nachgiebigen Material, wie Bitumen, Sandasphalt (16) oder dgl., verfüllt ist.

4. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) und der Stützzylinder (4) einteilig ausgeführt sind.

5. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) und der Stützzylinder (4) mehrteilig hergestellt sind.

6. Gründung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) und der Stützzylinder (4) biegesteif und/oder schubfest miteinander verbunden sind.

7. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) an seiner Außenumfangsfläche (22) eine Vorrichtung (28) zum Freispülen seiner und/oder der Gleitfuge (23, 15) des Fußschusses (2) aufweist.

8. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder (4) an seinem Außenmantel (8) mit einer Gleitschicht (7), z. B. mit einem Bitumenanstrich, versehen ist.

9. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite (24) des Stahlringes (5) und seiner Aufstandsfläche (25) auf einer Gebirgsschulter (26) ein Gleitlager (6) angeordnet ist, wobei das Gleitlager (6) entweder direkt auf der Gebirgsschulter (26) auflagert oder zwischen Gleitlager (6) und Gebirgsschulter (26) eine Ausgleichsschicht (27) eingebracht ist.

10. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) zwischen dem Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Unterseite (24) des Stahlringes (5) etwa 90° beträgt.

11. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen dem Außenmantel (8) des Stützzylinders (4) und der Unterseite (24) des Stahlringes (5) größer als 90° ausgebildet ist.

12. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (6) aus einem Gleitring besteht, der gemeinsam mit dem Fußschuß (2) der Schachtausbausäule (3) und dem daran befestigten Stahlring (5) mit Stützzylinder (4) einbringbar ist.

13. Gründung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitring (6) aus einem druckfesten Kunststoff, wie PTFE, einem Elastomer oder einem Metall, wie Bronze oder Blei, besteht.

14. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aufstandsfläche (10) für den Fußschuß (2) und seiner Auflagerfläche (21) ein trennender Anstrich (31) oder eine Zwischenschicht angeordnet ist.

15. Gründung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Stahldichtmantels (11) mit der Aufstandsfläche (10) des Fußschusses (2) auf dem Stahlring (5) druckflüssigkeitsdicht verschweißt ist.